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    用冰雪遙感監測技術看近40年來的冰川變化

    時間:2017-05-22 來源:賽杰奧 點擊:

    首先對近年來有關冰雪變化遙感監測與研究方法進展進行系統梳理。除傳統的冰雪分類與變化遙感監測方法之外,三維立體測量、雷達測高、重力測量、干涉測量等技術在冰川學中的應用得到了蓬勃發展,提升了區域冰川學的認識水平,這些技術的應用大大豐富了冰雪可監測參數,除冰川邊界等之外,冰雪表面高程及其變化、運動速度、反照率、粉塵和其他吸光性物質分布與通量、區域冰川物質變化、積雪水當量等參數動態變化監測技術和方法快速發展,上述不同參數的數據產品在科研和生產領域都得到了廣泛應用。

     

    ▲基于遙感和DEM 的冰川編目流程

     

    利用Landsat TM 的波段比值閾值法對無表磧冰川邊界的識別得到了廣泛應用,輔以藍色波段信息,可以提高陰影地區冰雪的識別效果;表磧覆蓋區冰川邊界提取是遙感冰川監測的難點,相繼進行了大量試驗,如神經網絡方法、監督分類、決策樹和紋理分析、表面溫度差異、面向對象的地貌學分類、表面運動速度、合成孔徑雷達相干系數、合成孔徑雷達全極化分解等。這些方法應用于冰川邊界識別,目前仍然需要大量的人工檢查和修訂。在GIS 技術和數字高程模型支持下,開發自動方法,已可有效進行單條冰川分割和冰川坡度、坡向、高程、主流線、長度等計算。

     

    基于高分辨率遙感影像的冰川編目方法精度驗證

    (a)基于Landsat 影像提取的冰川邊界;

    (b)基于Google Earth TM 影像手工數字化

     

    除傳統的冰川物質平衡定位監測外,近期衛星技術發展使得基于高程變化進而計算冰川物質平衡的大地測量方法和基于重力場變化的重力測量法在區域冰川物質平衡監測中得到了廣泛應用;诓煌瑫r期數字高程模型(DEM)差值方法需要提高兩期DEM的匹配精度,消除因兩期DEM 分辨率差異和空間自相關性帶來的誤差、雷達對冰雪的穿透影響;冰川體積變化換算為水當量時采用的密度也是影響估算結果的因素之一。近年來,衛星激光測高技術在全球冰川物質平衡變化監測方面的快速發展,為新一代激光測高衛星發展奠定了基礎。

     

    可見光數據、SAR 影像或后向散射系數、SAR 干涉技術等在監測大范圍冰川表面運動速度、雪線高度、反照率、表面溫度等方面也得到了廣泛應用,這些監測豐富了冰川參數,同時為各類模型分析提供了傳統方法無法滿足的數據。

     

    冰川編目中國一級流域冰川規模分布

     

    利用上述遙感和地理信息系統方法,完成了除念青唐古拉山東段部分地區冰川之外的第二次中國冰川編目(因無高質量遙感影像數據)和基于類似方法的中國第一次冰川數據修訂。以修訂后第一次冰川編目數據代替念青唐古拉山東段缺第二次冰川編目數據的冰川,則可知在大約2010 年前后時段,中國有冰川48571 條,面積為51766.08 km²,昆侖山山系的冰川數量最多(8922 條),面積最大(11524.13 km²),其數量和面積占全國冰川各自總量的18.4%和22.3%;天山山系冰川數量僅次于昆侖山而位居第二,但其總面積少于昆侖山和念青唐古拉山,位居第三。從水系看,東亞內流區(5Y)冰川數量最多,面積亦最大,分別占中國冰川總量的42.0%和43.3%;其次是中國境內的恒河—雅魯藏布江流域(5O),其冰川條數和面積分別占中國冰川總量的26.0%和30.4%。

     

    近40 年中國西部冰川面積年均變化率(%/a)

     

    利用第一次冰川編目修訂數據和第二次冰川編目(除念青唐古拉山東段外),從中挑選出數據質量較好、一致性較高的冰川,比較這些冰川的變化,總計有36209 條冰川符合要求,這些冰川自20 世紀50 年代末以來面積減少17.7%,冰川面積變化相對速率為5.22%/10a。阿爾泰山、岡底斯山和穆斯套嶺冰川面積變化幅度最大,面積縮小比例均在30%以上;喜馬拉雅山、天山、橫斷山、念青唐古拉山和祁連山冰川面積縮小比例介于20%~30%,帕米爾高原、唐古拉山、阿爾金山和喀喇昆侖山冰川面積減少比例介于10%~20%,昆侖山和羌塘高原冰川面積減少最少,低于10%。由冰川面積相對變化百分比可知,岡底斯山冰川退縮速率最快,為10.43%/10a;其次是穆斯套嶺、喜馬拉雅山、阿爾泰山、橫斷山、念青唐古拉山、天山和祁連山,介于8.83%/10a~5.68%/10a;位于青藏高原北部和腹地的唐古拉山,帕米爾高原、喀喇昆侖山、阿爾金山、昆侖山和羌塘高原的冰川面積萎縮速率較小,均在5%/10a 以上,其中,昆侖山和羌塘高原冰川面積萎縮速率不到-3%/10a。

     

    本文摘編整理自《氣候變化影響與風險. 氣候變化對冰川影響與風險研究》(劉時銀等著. 責任編輯:萬峰 朱海燕. 北京:科學出版社, 2017.4)一書“第10章  結論與展望”,有刪減,標題為編者所加。

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